邢素霞，曹 宇，郭瑞民，曹 珂

(1. 北京工商大学，北京 100048；2. 中国计量科学研究院，北京 100029；3. 江苏省计量科学研究院，江苏 南京 210023)

1 引言

光腔衰荡光谱法(cavity ring-down spectroscopy， CRDS)由于测量速度快、灵敏度高、量程大、稳定性好，受光源强度和检测系统噪声影响小，不需要昂贵、费时的校准，被认为是潜在的气体成分量测量基准方法[1-3]。

光腔衰荡光谱测量系统需要一个温度均匀且温度变化小的实验环境[4，5]。根据实验测量精度要求，光腔的最大形变量要求控制在20nm之内，光腔温度变化小于±0.003℃。为实现以上精度要求，为光腔设计一带有加热装置的控温箱体，将光腔置于箱体内部，箱体内加热装置均匀分布在控温箱内，由于箱体各面散热效果不同，相同的功率下，各加热片附件温度不同。为使箱体内温度均匀分布，本研究利用有限元分析方法模拟控温箱体内温度分布，并采用参数化扫描优化加热装置的分布位置及功率大小，直至腔内温度分布均匀。

COMSOL Multiphysics是一个多物理场耦合的仿真平台[6，7]，可用于建模和模拟物理场问题，具有仿真结果可视化和强大的后处理功能，提高实际研究或生产效率。

2 衰荡光腔控温箱体几何建模

本研究在 COMSOL 中根据成型控温箱体直接绘制几何模型。控温箱体结构设计为中间镂空的长方体，其长、宽、高分别为1.2m×0.22 m×0.22m。光腔置于长方体的控温箱体中，在控温箱内部分布有加热片。绘制的衰荡光腔模型结构如图1所示。

图1 衰荡光腔几何模型

3 基于有限元分析的温度场分布

3.1 传热模型和定边界条件

对衰荡光腔温度场仿真计算前，首先根据实际温度场情况进行热源分析，确定传热方式，设置并计算出传热模型的一系列边界条件。……